專利名稱：一種高碳鋼的冶煉連鑄方法
技術領域：
本發明屬于鋼鐵冶煉的工藝技術領域，特別是涉及高碳鋼中夾雜物的塑性化控制工藝方法。
背景技術：
高碳鋼常作為制作機械設備的軸件、齒輪、軸承、彈簧等，在服役過程中經受周期性交變應力作用，疲勞破壞是導致上述工件失效的重要原因，鋼中非金屬夾雜物與鋼基體在變形性、熱膨脹性、硬度等方面與基體不同，如果夾雜物在熱加工的過程中發生良好變形，其與基體能夠保持良好的結合；反之，如果夾雜物不變形或變形很小，在鋼基體與夾雜物界面上會形成微裂紋、空洞，在交變應力下易成為疲勞破壞源。為了提高疲勞壽命，一方面提高鋼水潔凈度以減少夾雜物含量，另一方面，應該將夾雜物控制為球形、小尺寸、可變形的夾雜物。精煉過程中常用兩種渣系，第一種為低堿度、低氧化鋁精煉渣，常被用來生產汽車發動機進排氣閥門用彈簧鋼絲與優質高碳簾線鋼。采用該渣系，可將鋼中的夾雜物控制在 Ca0-Si02-A1203系中的鈣斜長石(Ca0_A1203. -2Si02)、磷石灰和假硅石灰相鄰的低熔點區，如附圖所示的區域A。另一種是采用堿度為5-7、A1203含量約為20%的渣系來生產低氧軸承鋼、表面硬化鋼，但是其中鋼中夾雜物難以變形。目前專利及其他專業文獻所公開的技術，大多涉及軸承鋼等高碳鋼中氧量的控制，并未涉及鋼中夾雜物的塑性化控制。如CN1005198000公開了一種轉爐連鑄工藝生產低氧高碳鉻軸承鋼的方法，只是強調了其轉爐工藝生產軸承鋼能夠將鑄坯中的全氧含量降低到9ppm左右，并未涉及鋼中夾雜物變性的控制方法。如ZL0132236. 5公開了一種采用“直流電爐初煉一鋼包爐底部吹氫精煉-真空爐脫氣-模鑄”生產工藝，它可以生產出T
不大于7ppm的高碳鉻軸承鋼。它只強調了其鋼的潔凈度也未涉及非金屬夾雜物的控制情況。
發明內容
本發明為了提高高碳鋼疲勞壽命，提出一種高碳鋼冶煉及連鑄方法，既通過優化轉爐冶煉、精煉和連鑄的方法，控制精煉渣的成分使高碳鋼中的非金屬夾雜物盡可能的進入塑性區內，實現提高高碳鋼疲勞壽命。本發明主要靠如下手段實現。主要包括冶煉前的脫硫處理、轉爐冶煉、鋼包精煉、 方坯連鑄，其特征在于在進入轉爐前對其進行噴鎂法脫硫預處理，使硫含量< 0. 003% ；在轉爐冶煉采用雙渣法脫磷，出鋼時[P] <0.010% ；在鋼包精煉過程中造高堿度渣，渣中 (Ca0+Mg0)/(Si02+A1203)質量分數比大于6，吸附夾雜物并改變夾雜物成份，使其成份進入塑性化區內，鋼包精煉結束時控制[Als]在0. 025%以上；在真空精煉過程中對鋼液采用 50-80pa的真空處理10-20分鐘，使鋼液中的[Als]控制在0. 015%以上；在小方坯連鑄機上進行澆鑄，拉速1. 6-2. Om/min,比水量設定為0. 6-1. OL/kg。所述的冶煉連鑄方法，其特征在于在轉爐冶煉中，在熔池溫度氺1450°C時，轉爐倒一遍渣的時間控制在^0-320s左右，倒渣量不少于80%，堿度控制到R = 2. 5,FeO不小于 25%。在轉爐出鋼時采用鋼心鋁作為脫氧劑，在出鋼1/10時加入，并一次性加足；出鋼后期加CaO含量約為50%，A1203含量約為40%，Si02不大于5%的頂渣料。在鋼包精煉中， 采用鋁粒，碳化硅做還原劑擴散脫氧造白渣，控制精煉渣成份，使CaO = 50%-60%, Si02 < 10%, A1203 = 25% -30%，MgO = 5% -8%。在于在真空精煉中，真空處理后采用氬氣弱攪，攪拌時間控制在15-25分鐘，控制鋼液中[Als] >0.015%。在連鑄中，控制中間包鋼水過熱度不大于30°C，選用堿度為0. 8-0. 85的保護渣，結晶器電磁攪拌電流強度控制為 350A、頻率為2HZ ；末端結晶器電磁攪拌電流強度控制為500A、頻率為12HZ。采用本發明的轉爐冶煉、精煉和連鑄的方法，較好的控制精煉渣的成分，使高碳鋼中的非金屬夾雜物盡可能的進入塑性區內，使高碳鋼疲勞壽命顯著提高。
附圖是Ca0-Si02-A1203系夾雜物低熔點區域示意圖。在圖中A區域是采用低堿度、低氧化鋁精煉渣所形成的非金屬夾雜物成分聚集區域，B區域是本發明采用高堿度渣系控制其非金屬夾雜物成分聚集區域。
具體實施例方式主要包括冶煉前的脫硫處理、轉爐冶煉、鋼包精煉、方坯連鑄。在進入轉爐前對其進行噴鎂法脫硫預處理，使硫含量< 0. 003% ；在轉爐冶煉采用雙渣法脫磷倒掉了含P205 高的爐渣，另造新渣以達到較好脫磷、脫硫效果。出鋼時[P] <0.010%。在鋼包精煉過程中造高堿度渣，渣中(Ca0+Mg0)/(Si02+A1203)質量分數之比大于6，吸附夾雜物并改變夾雜物成份，使其成份進入塑性化區內，鋼包精煉結束時控制酸溶鋁[Als]在0. 025%以上。在真空精煉過程中對鋼液采用50-80pa的真空處理10-20分鐘，使鋼液中的酸溶鋁 [Als]控制在0. 015%以上。在小方坯連鑄機上進行澆鑄，拉速1. 6-2. Om/min,比水量設定為 0. 6-1. OL/kg。 所述的冶煉連鑄方法，在于在轉爐冶煉中，在熔池溫度氺1450°C時，轉爐倒一遍渣的時間控制在^0-320s左右，倒渣量不少于80%，堿度控制到2. 5，FeO不小于25%。在轉爐出鋼時采用鋼心鋁作為脫氧劑，在出鋼1/10時加入，并一次性加足；出鋼后期加CaO含量約50%，A1203含量約40%，Si02不大于10%的頂渣料。在鋼包精煉中，采用鋁粒，碳化硅做還原劑擴散脫氧造白渣，控制精煉渣成份，使CaO = 50% -60%, Si02 < 10%, A1203 = 25% -30%，MgO = 5% -8%。在真空精煉中，真空處理后采用氬氣弱攪，攪拌時間控制在 15-25分鐘，控制鋼液中Als > 0.015%。在連鑄中，控制中間包鋼水過熱度不大于30°C， 選用堿度0. 8-0. 85之間的高碳鋼用保護渣，結晶器電磁攪拌電流強度控制為350A、頻率為 2HZ ；末端結晶器電磁攪拌電流強度控制為500A、頻率為12HZ。 采用的技術方案包括以下步驟(1)在進入轉爐前對其進行噴鎂法預處理脫硫， 保證硫含量低于0. 003% ； (2)在轉爐內冶煉鋼水，采用雙渣法脫磷，出鋼時磷含量小于 0.010% ； (3)在鋼包中進行精煉，夾雜物的主要變性階段，鋼包精煉過程中，噸鋼加入約 3. 2kg的渣料，控制渣中的中(Ca0+Mg0)/(Si02+A1203)不低于6，鋼包精煉結束時控制 [Als]在0. 025%以上；(4)對鋼液進行真空處理，采用67pa的高真空處理15分鐘左右，鋼液中的[Als]控制在0.015%以上；( 在150mm2小方坯連鑄機上進行澆鑄，拉速1.8m/ min，比水量設定為0. 8L/kg。在步驟2所述的轉爐冶煉時，倒第一遍脫磷渣時間控制在300秒左右，前期熔池溫度氺1450°C。倒渣量不少于80%，堿度2. 5，FeO不小于25%。在步驟3所述的鋼包精煉過程中，采用鋁粒，碳化硅做還原劑擴散脫氧造白渣，控制鋼液中[Als]在精煉結束時大于0.025%。控制精煉渣成份CaO = 50% -60%, Si02 < 10%，A1203 = 25%-30%，MgO = 5%-8%。純精煉時間在；35分鐘左右。如上圖所示，通過高堿度渣系控制夾雜物中成分在區域B中，此區域為3Ca0-A1203、5Ca0-3A1203、 2Ca0-2Si02-A1203、CaO-Al203相鄰的成分區域，其熔點低于1500°C，由于熔點不高，軋制過程中可以發生稍許變形，因而能夠改善鋼材的疲勞性能。本發明主要通過控制鋼包精煉中的頂渣成份，CaO = 50_60%，Si02< 10%，A1203 = 25%-30%,Mg0 = 5%-8%,來是鋼液中的夾雜物進入低熔點的塑性區內，保證足夠的精煉時間，一般選取35分鐘以上，通過促使爐渣/鋼液、鋼液/夾雜物之間的反應達到平衡， 使夾雜物成份逐漸接近頂渣成份，即使其進入區域B內。即Si02含量在0-20%，CaO含量在 40-70%，A1203 含量在 30% -50%
權利要求
1.一種高碳鋼冶煉連鑄方法，主要包括冶煉前的脫硫處理、轉爐冶煉、鋼包精煉、方坯連鑄，其特征在于在進入轉爐前對其進行噴鎂法脫硫預處理，使硫含量< 0. 003% ；在轉爐冶煉采用雙渣法脫磷，出鋼時[P] <0.010% ；在鋼包精煉過程中造高堿度渣，渣中 (Ca0+Mg0)/(Si02+Al203)質量分數比大于6，吸附夾雜物并改變夾雜物成份，使其成份進入塑性化區內，鋼包精煉結束時控制[A1J在0. 025%以上；在真空精煉過程中對鋼液采用 50-80pa的真空處理10-20分鐘，使鋼液中的[Als]控制在0. 015%以上；在小方坯連鑄機上進行澆鑄，拉速1. 6-2. Om/min,比水量設定為0. 6-1. OL/kg。
2.如權利要求1所述的冶煉連鑄方法，其特征在于在轉爐冶煉中，在熔池溫度 > 1450°C時，轉爐倒一遍渣的時間控制在280-320S，倒渣量不少于80%，堿度控制到R = 2. 5，FeO 不小于 25%。
3.如權利要求1或2所述的冶煉連鑄方法，其特征在于在轉爐出鋼時采用鋼心鋁作為脫氧劑，在出鋼1/10時加入，并一次性加足；出鋼后期加CaO含量約為50%，Al2O3含量約為40%，SiO2不大于5%的頂渣料。
4.如權利要求1所述的冶煉連鑄方法，其特征在于在鋼包精煉中，采用鋁粒，碳化硅做還原劑擴散脫氧造白渣，控制精煉渣成份，使CaO = 50% -60%, SiO2 < 10%, Al2O3 = 25% -30%, MgO = 5% -8%。
5.如權利要求1所述的冶煉連鑄方法，其特征在于在真空精煉中，真空處理后采用氬氣弱攪，攪拌時間控制在15-25分鐘，控制鋼液中[Als] >0.015%。
6.如權利要求1所述的冶煉連鑄方法，其特征在于在連鑄中，控制中間包鋼水過熱度不大于30°C，選用堿度為0. 8-0. 85的保護渣，結晶器電磁攪拌電流強度控制為350A、頻率為2HZ ；末端結晶器電磁攪拌電流強度控制為500A、頻率為12HZ。
全文摘要
本發明屬于鋼鐵冶煉的工藝技術領域。為了提高高碳鋼疲勞壽命，目前大多采用改善鋼水潔凈度以減少夾雜物含量等方法，本發明提出了通過改變非金屬夾雜物的形態，從而改善疲勞壽命的方法。包括鐵水處理、轉爐冶煉、鋼包精煉、方坯連鑄等工藝；對鐵水采用噴鎂法脫硫預處理，使硫含量＜0.003％；轉爐采用雙渣法脫磷；在鋼包精煉過程中造高堿度渣，吸附夾雜物并改變夾雜物成份，鋼包精煉控制[Als]在0.025％以上；采用50-80pa的真空處理10-20分鐘，使鋼液中的[Als]控制在0.015％以上；采用小方坯連鑄，拉速1.6-2.0m/min，比水量為0.6-1.0L/kg。使鋼中的非金屬夾雜物盡可能的進入塑性區內，顯著提高了疲勞壽命。
文檔編號C21C7/10GK102517419SQ201110431388
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者張炯明, 李樹慶, 王永然, 羅衍昭, 陳少東 申請人:天津鋼鐵集團有限公司